8第八章 飛機空調(diào)系統(tǒng)

#從左圖的飛行剖面曲線可以看出，在從起飛、爬高、巡航到著陸的整個飛行過程，飛行高度和座艙高度（座艙壓力）相對于時間的關(guān)系規(guī)律，飛行高度用虛線表示，座艙高度用實線表示。應(yīng)當注意座艙高度與座艙壓力的關(guān)系，座艙高度較高意味著座艙壓力相對較低。在正常工作情況下，巡航時座艙壓力與飛機所在高度處的外界大氣壓力之差約為7.8psi。在飛機上升和下降期間，座艙壓力的變化與飛行高度上升和下降成比例變化。右圖是飛機所在飛行高度外界空氣的絕對壓力與高度的關(guān)系曲線。由曲線可以看出，隨飛行高度的增大，大氣壓力減小，即飛機上升時其環(huán)境壓力下降。飛機在30,000ft飛行高度巡航時，外界大氣壓力是4.36psi,余壓為7.8psi，因此，這時座艙內(nèi)的空氣壓力為4.36+7.8=12.16（psi）,這相當于座艙高度5,150ft。二、座艙壓力控制系統(tǒng)的類型目前，旅客機座艙壓力控制系統(tǒng)有多種類型，按照系統(tǒng)的控制部件（壓力控制器）與執(zhí)行部件（排氣活門）的工作原理，主要可分成下列幾類：氣動式，如運七飛機的座艙增壓系統(tǒng)；電控氣動式，如波音-707和BAe-146飛機；微機電動式，如波音-737、757、767和A-310等飛機的座艙增壓系統(tǒng)。這里就如何實現(xiàn)前述的壓力制度簡要介紹氣動式壓力控制裝置和微機控制的電動式座艙增壓裝置。（一）氣動式座艙壓力控制系統(tǒng)1、氣動式座艙壓力調(diào)節(jié)裝置的基本結(jié)構(gòu)圖8-14為氣動式座艙壓力調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理，它包括壓力調(diào)節(jié)盒（控制機構(gòu)）和排氣活門（執(zhí)行機構(gòu)）兩個基本部分。壓力調(diào)節(jié)盒是一個密封盒，盒內(nèi)有絕對壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)和余壓調(diào)節(jié)機構(gòu)。絕對壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)由活門1、彈簧1和真空膜盒組成；余壓調(diào)節(jié)機構(gòu)由活門2、彈簧2和壓差膜盒組成。壓力調(diào)節(jié)盒上有與座艙空氣Pc連通的小孔，稱為定徑孔，還有通大氣的管路。排氣活門是由壓力調(diào)節(jié)盒控制工作的，它由膜片1、膜片2、彈簧3和活門3組成。膜片1上腔與調(diào)節(jié)盒A腔相通，下腔則與座艙空氣連通，經(jīng)過放氣活門可將座艙空氣排放到座艙外面去。圖8-14氣動式座艙壓力調(diào)節(jié)裝置原理圖2、氣動式座艙壓力調(diào)節(jié)裝置的工作原理系統(tǒng)工作時，通過定徑孔壓力調(diào)節(jié)盒A腔內(nèi)為座艙空氣壓力，同時A腔內(nèi)的空氣可經(jīng)活門1或2排入大氣，這兩個活門的開度控制排氣量的大小，即控制A腔壓力的大小。當飛機起飛及飛行高度變化時，絕對壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)和余壓調(diào)節(jié)機構(gòu)相繼工作，使調(diào)節(jié)盒A腔內(nèi)的壓力按一定規(guī)律變化，從而實現(xiàn)前述壓力制度中acde曲線的變化，各區(qū)段工作原理如下：（1）自由通風區(qū)在到達調(diào)定的起始增壓高度之前，余壓機構(gòu)的活門2處在關(guān)閉位置，余壓控制機構(gòu)不起作用，而絕對壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)的活門1在真空膜盒收縮的帶動下處于全開位，這樣座艙空氣通過定徑孔進入調(diào)節(jié)盒后可以無阻礙地通過活門1進入大氣，所以調(diào)節(jié)盒內(nèi)不增壓，即處于自由通風狀態(tài)。在這種情況下，由于存在有空氣流動的阻力，實際的座艙壓力（等于A腔壓力）比外界大氣壓力高4?5mmHg。（2）等絕對壓力調(diào)節(jié)區(qū)隨著飛行高度的增加，當?shù)竭_起始增壓高度后，絕對壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)的真空膜盒由于壓力調(diào)節(jié)盒內(nèi)壓力的逐漸降低而慢慢膨脹，使活門1臨近關(guān)閉，這時A腔壓力與起始增壓高度上的壓力一樣。實際上，因為空調(diào)組件仍在不斷地向座艙供氣，所以活門1在一定時間內(nèi)會保留一個小的開度以起節(jié)流作用，不過此開度也隨飛行增加而逐漸減小，節(jié)流作用逐漸加大，因此調(diào)節(jié)盒內(nèi)余壓增大，此時，活門2仍不參加工作。這便是等絕對壓力調(diào)節(jié)區(qū)cd段的工作情況。（3）等余壓調(diào)節(jié)當飛行高度繼續(xù)升高，在座艙余壓達到預定值的高度之后，活門1關(guān)死，余壓調(diào)節(jié)機構(gòu)開始工作。因為壓差膜盒內(nèi)腔通大氣，外腔為壓力調(diào)節(jié)盒的壓力P，在兩者形成的a壓差作用下（高度增加，壓差增大），壓差膜盒使活門2左移而打開，保持調(diào)節(jié)盒內(nèi)的壓力P與外界大氣壓力Ph之差值不變，這即是等余壓調(diào)節(jié)。與此同時，由于調(diào)節(jié)盒A腔的ah絕對壓力隨飛機爬高而下降，絕對壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)便使活門1關(guān)閉而退出工作。在上述幾種情況下，排氣活門的工作都是受調(diào)節(jié)盒控制的，膜片1的上腔（B腔）通調(diào)節(jié)盒A腔，下腔通座艙。由于活門3的重量和彈簧3的張力都很小，而薄膜1面積大，所以只要座艙壓力稍微超過調(diào)節(jié)盒的壓力，就可將排氣活門3打開，使座艙空氣排出。由此可見，排氣活門機構(gòu)可以使座艙壓力近似地等于調(diào)節(jié)盒A腔的壓力。這樣，當飛行高度變化時，座艙壓力就能跟隨調(diào)節(jié)盒內(nèi)的壓力按相同的規(guī)律變化。所以，對氣動式座艙增壓系統(tǒng)而言，飛機座艙壓力的調(diào)節(jié)規(guī)律，實際上就是壓力調(diào)節(jié)盒內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)規(guī)律。（4）座艙壓力變化率的控制座艙供氣量的變化將引起座艙壓力變化率的變化。同時，飛機飛行狀態(tài)的變化也將引起座艙壓力變化速率的改變，如dp/dt隨垂直升降速度v的變化而變化；此外，飛機cy在地面滑跑起飛時，由于飛機姿態(tài)的改變，排氣活門出口反壓的變化，也會引起座艙壓力的波動。如何控制dp/dt值呢？我們知道，座艙壓力是按調(diào)節(jié)器A腔的壓力控制的，排氣活C門只是它的一個隨動執(zhí)行機構(gòu)，所以與上述壓力大小的調(diào)節(jié)原理類似，只要限制A腔的壓力變化率dp/dt就可以限制座艙壓力變化率dp/dt。（二）微機電動式座艙壓力控制系統(tǒng)這種座艙壓力控制系統(tǒng)采用微處理機作為控制部件，它能根據(jù)預先調(diào)定的座艙參數(shù)與實際的飛行狀態(tài)及外界環(huán)境參數(shù)，為系統(tǒng)提供自動和非自動增壓程序；系統(tǒng)的執(zhí)行部分是由電動馬達驅(qū)動的排氣活門，它接收控制指令，以實現(xiàn)座艙壓力制度?，F(xiàn)以波音-737飛機的增壓系統(tǒng)為例介紹如下。1、組成和功能飛機的座艙增壓系統(tǒng)分為正常壓力控制和非正常壓力控制兩大部分。正常壓力控制具有四種工作模式：自動模式、備用模式、人工交流模式和人工直流模式。正常工作為自動模式，備用模式為半自動，作為自動模式的備份，兩個人工模式分別通過獨立的電馬達直接控制排氣活門，作為自動與備用模式的備份。所有工作模式都通過調(diào)節(jié)排氣活門的位置，保持座艙壓力為要求值。正常飛行時，飛機到達巡航高度保持座艙余壓Ap為7.8psi。C非正常情況下的壓力控制由外釋活門（即安全活門）、內(nèi)釋壓活門（負壓活門）作為執(zhí)行元件。外釋壓活門為氣動式，用來防止座艙余壓Ap〉8.5psi,內(nèi)釋壓活門用來防止C座艙內(nèi)負余壓超過1psi。此外，當座艙高度h超過10,000ft時，由座艙高度警告系統(tǒng)C發(fā)出座艙高度警告信號。前后排氣活門的構(gòu)造相同，它們是一種由一個交流馬達和一個直流馬達分別帶動的活門機構(gòu)。在自動與人工交流工作模式操縱交流馬達，而在備用及人工直流工作模式操縱直流馬達。任一馬達工作時，另一馬達的離合器脫開。在工作過程中，后排氣活門經(jīng)常處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，用以調(diào)節(jié)座艙內(nèi)的空氣壓力，當它在全開位置時，可以回收一部分推力，但飛機在巡航時，活門開度很小，這樣可以滿足發(fā)動機經(jīng)濟性的要求。前排氣活門輔助后排氣活門工作，它接收后排氣活門的控制信號，當后排氣活門距全關(guān)位0.5度時，前排氣活門關(guān)閉；當后排氣活門從關(guān)位打開到大于4.5度時，前排氣活門打開。2、自動工作模式時的壓力制度和工作程序（1）自動工作模式時的壓力制度圖8-13給出的是最基本的壓力制度，實際上，工作模式不同時，壓力制度也不同。圖8-15給出了波音-737飛機座艙增壓系統(tǒng)自動工作模式時的壓力制度。自動工作模式是正常情況下的工作模式，只要駕駛員在壓力控制面板上通過“著陸高度”旋鈕選定著陸機場的高度（相應(yīng)的著陸高度值顯示在數(shù)字顯示器上），通過“飛行高度”旋鈕選定飛機的巡航高度（巡航高度值顯示在數(shù)字顯示器上），則壓力控制器內(nèi)的微機將計算出一個自動增壓程序，其輸出信號用于操縱排氣活門的交流馬達工作。起飛和著陸信號是由起落架的“空中/地面”感應(yīng)電門自動給出的。圖8-15典型的自動方式座艙增壓壓力制度由圖可見，在飛機起飛離地前，其座艙高度大約低于跑道場壓O.lpsi(189ft)。這種在起飛前(還包括著陸后)使座艙壓力比機場場壓還高的增壓方式叫做座艙預增壓。隨后，飛機開始爬升程序，根據(jù)壓力控制器計算出的座艙壓力指令工作，隨著飛行高度增加，座艙高度增加，座艙壓力減小。為什么要對飛機進行預增壓呢？其主要目的是為了防止飛機姿態(tài)突然改變時產(chǎn)生座艙壓力波動。因為飛機姿態(tài)改變時，如飛機起飛由滑跑拉起時，排氣活門出口反壓也會突然變化，引起排氣活門的開度變化，從而導致座艙壓力波動；當預增壓后，排氣活門接近關(guān)閉，在起飛抬起前輪時刻，沖壓氣流不會對排氣活門產(chǎn)生影響。所以，波音系列飛機和麥道、空中客車等系列飛機都有預增壓功能，使座艙內(nèi)預先建立微小的余壓值。飛機巡航過程中，增壓系統(tǒng)進入等壓控制階段。若巡航高度選定值低于或等于28,000ft時，控制最大余壓為7.45psi；若選定巡航高度大于28,000ft時，則座艙余壓值為7.8psi。飛機從巡航轉(zhuǎn)入下降時，壓力控制系統(tǒng)給出下降程序，座艙高度將從等壓程序下降到大約比調(diào)定的著陸機場場壓低300ft的高度。將座艙壓力增高一點，也是為了確保進場著陸時排氣活門處于關(guān)閉狀態(tài)，從而避免座艙壓力出現(xiàn)波動。爬升時，座艙高度上升的最大速率為500ft/min；下降時，座艙高度的最大下降速率為350ft/min。飛機下降時的座艙高度最大變化速率小于上升時的座艙高度最大變化速率，這是符合人體對壓力變化快慢的適應(yīng)性的。自動模式工作程序飛行前，按要求調(diào)定著陸機場高度和巡航高度，這時排氣活門全開，座艙處于自由通風狀態(tài)，即為圖中壓力制度的起始點?；袝r，關(guān)閉所有艙門，駕駛員將“空/地”電門放在“空中”位，座艙開始預增壓。起飛與爬升階段，當飛機離地時，起落架“空/地”感應(yīng)電門轉(zhuǎn)換，使壓力控制器轉(zhuǎn)入爬升程序。爬升程序自動控制座艙高度變化率使之與飛機爬升率成比例；當飛機平飛時，座艙高度保持適時值。巡航階段實行等壓程序，當壓力控制器感受到外界環(huán)境壓力與選定的“飛行高度”標準大氣壓力之差等于或小于0.25psi時，爬升程序結(jié)束而自動轉(zhuǎn)換到巡航程序。巡航程序是一種“恒定壓力”程序，它是根據(jù)座艙壓力比選定的巡航高度環(huán)境壓力大一定值(選定巡航高度低于等于28,000ft時為7.45psi,若選定巡航高度大于28,000ft時為7.8psi),即保持座艙余壓不變。在巡航期間，如果實際的飛行高度高于選定的飛行高度，當座艙余壓達到7.9psi時，壓力控制器將發(fā)出信號，使排氣活門打開，以保持最大余壓不超過7.9psi。當飛機恢復到選定的飛行高度時，控制器將使座艙壓力恢復到原來的等壓值。下降程序是從壓力控制器感受到環(huán)境壓力超過選定巡航高度標準大氣壓0.25psi開始，到座艙高度下降到比著陸機場高度低300ft而結(jié)束。當飛機著陸接地時，起落架“空/地”感應(yīng)電門轉(zhuǎn)換，壓力控制器輸出信號，排氣活門具有一定開度，使座艙余壓為0.1psi，即座艙高度低于著陸機場場壓高度189ft。在飛機滑行到終點時，駕駛員將“空/地”電門扳回至“地面”位，壓力控制器使排氣活門全開，這時座艙高度等于著陸機場高度。3、安全措施現(xiàn)代民用飛機為保證安全，安裝有以下活門：外釋壓活門(安全活門)：控制最大余壓值，釋放超出最大余壓的壓力，如波音-737飛機的余壓值為7.8psi，當Ap〉8.5psi時，外釋壓活門工作；內(nèi)釋壓活門(負釋壓活門)：防止出現(xiàn)過大的負余壓，當厶p<-0.1psi時，打開；C壓力均衡活門：空調(diào)系統(tǒng)對地板下貨艙的增壓是經(jīng)過壓力均衡活門來進行調(diào)節(jié)的。所以座艙空調(diào)系統(tǒng)必須有下列控制座艙壓力的活門：外釋壓活門、負釋壓活門、排氣活門、壓力均衡活門。三、增壓系統(tǒng)的維護(一)座艙增壓系統(tǒng)工作檢查檢查系統(tǒng)中有無橡膠元件的腐蝕、金屬元件的銹蝕、管道接頭、電氣接口、傳動裝置的安全性；對壓力調(diào)節(jié)器進行工作檢查；對活門的表面及活門座進行檢查，用維護手冊規(guī)定的方法除去積灰和煙堿焦油，清洗工作完成之后，應(yīng)擦去所有液體痕跡，用干的軟棉布拭擦所有表面，不能用高壓氣流吹干膜片控制類型的排氣活門的支座表面，因為有可能損壞膜片；座艙應(yīng)進行氣密性檢查(動壓試驗)，按照維護手冊規(guī)定，對座艙進行氣密試驗；檢查座艙的完整性，即檢查座艙結(jié)構(gòu)強度，利用靜壓試驗進行檢查，給座艙增壓到規(guī)定值，并保持壓力穩(wěn)定，觀察飛機蒙皮外部有無裂紋、變形、凸超，鉚釘是否有變形松動等情況。若發(fā)現(xiàn)增壓艙外表面蒙皮上鉚釘周圍有明顯的沾污，則表明此處有少量漏氣。（二）座艙增壓故障查找利用故障分析圖表進行故障的查找，該圖表是在飛機維護手冊中給出的一種圖表，它給出了常見的可能原因，查找程序和排除方法如下：（1）在表中找出與系統(tǒng)發(fā)生實際故障最接近、最類似的故障現(xiàn)象及原因；（2）按表中所列查找程序逐個完成查找程序，直到發(fā)現(xiàn)故障為止；（3）按表中所列方法排除故